Page 39 - 《应用声学》2022年第5期

第 41 卷 第 5 期 那雪璐等： 菲涅尔区域的乳腺三维超声成像技术 715

表 2 仿真参数
Table 2 Simulation parameters

参数 三维模型尺寸 三维网格步长 探头频率 柱面阵
数值 80 mm × 80 mm × 80 mm 40 mm × 40 mm × 40 mm 1 MHz 128 阵元环阵 ×200

ܦᤴ/(mSs -1 )
1510 1000
10 1509 10 800
1508 600
20 20
1507 400
30 1506 30 ηՂूए/Pa 200
y/mm 40 1505 y/mm 40 -200 0
1504
50
50
1503 -400
60 60
1502 -600
70 70
1501 -800
80 1500 80 -1000
10 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 40 50 60 70 80 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
x/mm x/mm ௑ᫎ/ms
(a) ဗ᫼᫼ЋѬ࣋ԣʼ፥˾ᒍʽ᛫᭧ (b) ܦฉ͜୧ (c) 1 MHzηՂ௑۫ฉॎ
图 7 基于 k-Wave 软件的环形传感阵列及时域波形
Fig. 7 Ring sensor array and time domain waveform based on k-Wave toolbox
综上，本文利用 k-Wave 工具箱建立了乳腺三 演一维声速剖面与实际声速对比，如图9所示。
维模型，并且可获得冠状面、横切面和矢状面的乳 由图 9 看出，本文采用菲涅尔区域法可以实现
腺切片图像。采用一发多收的方式，基于柱面传感 乳腺组织声速的精确测量。为更好地分析菲涅尔区
阵列实现了声波时域仿真与透射信号采集，为乳腺 域法实现乳腺组织反演成像质量，需要对反演声速
三维成像提供了原始数据。 图像进行定量评估。本文分别对病变成像声速、尺

寸误差进行计算，定义病变声速测量绝对误差为
3 结果与讨论
error ss = |ss ext − ss mod |, (5)
3.1 三维反演质量分析

距离乳腺上表面 19.6 mm、24 mm 处的冠状面 其中，ss ext 表示病变反演声速最值，ss mod 表示模型
反演图像如图 8(a)、图 8(b) 所示。基于柱面三维传 中病变的声速。
感阵列，每隔 0.4 mm 获得二维层析成像整合成三 为实现病变尺寸的定量测量，结合病变声速成
维成像，获取病变 1 中心位置横切面及矢状面反演 像特点，提出公式(6)作为病变尺寸测量线：
图像，如图8(c)所示。
threshold = (ss ext + ss gland )/2, (6)
由图 8 中的乳腺反演图像可清晰辨认出病变，
证明菲涅尔区域法可实现乳腺组织三维反演，且基 其中，ss gland 表示背景腺体声速。
于柱面传感阵列的乳腺三维成像可以获取任意位 利用式 (5)、式 (6) 分别计算各病变声速绝对误
置的空间信息，方便了乳腺早期病变诊断。为了进 差和尺寸反演误差以评估反演精度，误差如表 3、
一步说明反演质量，获取如图 8(a)、图 8(b) 中的反 表 4所示。
表 3 声速误差
Table 3 Sound velocity error

病变 1 病变 2 病变 3 病变 4 病变 5 病变 6
模型声速/(m·s −1 )
1570(+4%) 1540(+2%) 1480(−2%) 1550 1550 1550
(相对于背景腺体声速的百分比)
反演声速/(m·s −1 ) 1566.72 1540.00 1480.02 1549.85 1541.34 1531.31
声速绝对误差/(m·s −1 ) 3.28 0.00 0.02 0.15 8.66 18.69
声速相对误差/% 0.21 0.00 0.00 0.10 0.56 1.21